特长水工隧洞衬砌混凝土配合比的优化探讨

王琦懿 屈奚敏

【摘要】隧洞建设中，砼（混凝土）衬砌关系着施工工期及质量，在特长隧道中起到了重要作用。本文详细介绍了特长水工隧洞衬砌砼配合比的具体内容。

【关键词】特长水工隧道；砼衬砌；配合比；优化分析

伴随输调水项目的不断增加，水工隧洞的工艺技术及工法在水利项目领域取得了显著发展。隧道衬砌砼质量也伴随砼材料、工艺方法的进步不断提升。衬砌质量属于隧洞质量优劣的关键标志，经利用重大钢模台车与配套的砼运送车、浇注机械和检验设备，选择最佳的砼材料、规范的配合比，这样可以提升衬砌砼的内部质量及外观。

1、隧洞衬砌砼设计标准

施工标准：隧洞衬砌砼要有很大的流动性、可泵性高、施工过程不得堵管，要具备良好的泌水性、粘合性、和易性，沉降度要控制在12-18cm。

强度标准：通常水灰比和强度是反比关系，所以，在确定配合比时，不仅要考虑施工标准，还要兼顾强度标准。

经济需求：确定配合比时，需要兼顾经济利益，在强度和施工都符合要求的基础上，尽可能削减水泥数量。

2、砼材料筛选

水泥：根据国家《钢筋砼结构项目建设与验收规定》要求，泵送砼的最少水泥用量是300kg/m3。水泥品种会影响砼拌合料的可泵性，通常选择硅酸盐水泥，一般硅酸盐水泥最好。

骨料：粗细骨料的等级、粒径以及形状对砼拌合料的可泵性有严重影响。当以碎石用作粗骨料时，它的最大粒径和输送管比例尽量小于1：3（泵送高程<50m），粗骨料要采取持续级配，针片状颗粒数量不能超过10%；细骨料要选择中砂，粒径小于0.316mm的细骨料占有的比例要>15%，尽量达到20%。

拌合物：当泵送砼内水泥用量不多或细骨料内透过0.316mm孔口的颗粒不足15%时，加入粉煤灰很合适。

泵送砼内的添加剂：主要包括降水剂、引气剂，针对大体积砼结构，为避免出现收缩裂缝，也能加入适当的膨胀剂与缓凝剂。

3、泵送C25砼配合比计量

3.1估算大致配合比

砼配备强度Fcu，0=33.226MPa。

明确水灰比W/C：选择P.042.5级水泥，根据统计信息，水泥强度Fce=52.6MPa，粗骨料选择碎石时，回归指标αa=0.47， αb=0.07，那么W/C1=αaFce/（Fcu，0+ αaFce）；当粗骨料选择卵石时，那么回归指标 αa=0.47， αb=0.34，那么W/C2=αaFce/（Fcu，0+ αaFce）[1]。按照砼的最大水灰比与最小水泥含量表，确定W/C=0.55。

明确用水量W0与坍落度：细骨料选择中砂，按照塑性砼的用水量表，设置拌合料坍落度是17cm，则用水量是215千克；加入引气降水剂时砼用水量W0=176.3千克。考虑砼入泵过程的坍落度是10-14cm，砼经时坍落度消耗值0.5-2.5cm（加入粉煤灰与降水剂，经时1小时；气温10℃-20℃），因此确定拌合料坍落度是17cm。

计量水泥含量C0：按照砼的最大水灰比与最小水泥含量表，处在水下且受到冻害与高湿温且受到冻害的钢筋砼最小水含量要求是280千克，通过计量得知，C0=W0/（W/C）=321千克，所以水泥用量满足规定。

明确砂率Sp：结合砼的砂率标准，针对中砂，最大粒径是4cm的碎石，当水灰比是0.55时，砂率值的确定，根据插入法计算大概是30-39%，泵送砼规定砂率是35-45%，砂内0.316mm之下含量超过20%，因此确定砂率是35%。计量砂S0、石G0含量：采取体积法计量，通过计量得知，S0=696千克，G0=1293千克。结合上述估算，获得测试配合比C0=320千克，W0=176千克，S0=696千克，G0=1293千克。

3.2试验调节，明确实验室配合比

验证和易性，明确基准配合比：①量取30L砼拌合料所需原料，水泥9.63千克，水5.28千克，砂20.89千克，碎石38.78千克，降水剂0.096千克。②拌制砼拌合料，测试和易性，检查粘聚性和保水性都良好，但坍落仅有6cm左右，较规定的坍落度小，要适当加大用水量（水灰比固定），档加入30.3%的用水量和水泥引气降水剂后，坍落度是14.8cm，不满足要求[2]。实测砼的体积密度ρ是2470kg/m3。③通过检验，矫正和易性后，试拌物用量分别是：水泥12.5千克、水6.78千克、砂20.88千克、0.5-1cm碎石8.65千克、1-2cm碎石14.93千克、2-4cm碎石15.21千克、引气降水剂0.125千克。拌合物总量Qb=79.164千克，通过实测砼的體积密度ρc，t=2470kg/m3。

明确实验室配合比：配备三类不同水灰比的砼，并生产三组样本。一组水灰比是0.55，其他两组水灰比分别是0.5和0.6。样本通过标准养护28天，开展强度测试、防漏测试、防冻测试，获得各配合比砼样本的强度分别是36.7MPa、39.2MPa、34.5MPa。通过强度测试、防漏测试、防冻测试，选择水灰比是0.55的基准配合比用作实验室配合比。

结合经验选取的含有粉煤灰砼配合比：通过调整后获得基准配合比砼的原材料数量是：水泥356kg/m3、砂649kg/m3、0.5-4cm碎石1206kg/m3、搅拌水197kg/m3、二级粉煤灰64kg/m3、高效降水剂4.27kg/m3。配备三类不同水灰比的砼，并生产三组样本[3]。一组水胶比是0.47，其他两组水胶比是0.42和0.52。样本通过标准养护28天展开强度测试、防渗测试、防冻测试，获得各配合比砼样本的强度分别是41.2MPa、46.1MPa、35.2MPa。通过强度测试、防渗测试、防冻测试，选择水胶比是0.47的标准配合比用作实验室配合比。

结语：

以上配合比设置，成功用在实际项目中，保障了隧洞质量，符合工程建设标准，为提高衬砌砼质量提供了大量经验。但不同的项目，其材料、工艺方法、外部环境的差异，会影响砼配合比的筛选，为此，要结合工程特征，选取恰当的配合比，以迎合工程需要。

参考文献：

[1]罗毅.特长水工隧洞衬砌混凝土配合比的优化研究[J].中国农村水利水电，2018（11）：179-182+187.

[2]李飞.特长水工隧洞自动化系统集成防雷保护探析[J].东北水利水电，2015，33（05）：68-70.

[3]仇延林，侯文明.水工隧洞衬砌混凝土配合比设计及应用[J].水利水电技术，2013，44（02）：99-101.